Câu hỏi: Dao động điện từ trong mạch LC là dao động điều hòa. Khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là ${{u}_{1}}=5V$ thì cường độ dòng điện là ${{i}_{1}}=0,16A.$ Khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là ${{u}_{2}}=4V$ thì cường độ dòng điện là ${{i}_{2}}=0,2A.$ Biết hệ số tự cảm $L=50mH,$ điện dung của tụ điện là
A. 90 μF
B. 20 μF
C. 50 μF
D. 80 μF
A. 90 μF
B. 20 μF
C. 50 μF
D. 80 μF
Phương pháp:
Công thức độc lập với thời gian: $\dfrac{{{u}^{2}}}{{{U}_{0}}^{2}}+\dfrac{{{i}^{2}}}{{{I}_{0}}^{2}~}=~1~$
Định luật bảo toàn năng lượng điện từ: $\dfrac{1}{2}C{{U}_{0}}^{2}=~\dfrac{1}{2}L{{I}_{0}}^{2}$
Cách giải:
Ta có công thức độc lập với thời gian:
$\left\{ \begin{aligned}
& \dfrac{{{u}_{1}}^{2}}{{{U}_{0}}^{2}}+\dfrac{{{i}_{1}}^{2}}{{{I}_{0}}^{2}}=1 \\
& \dfrac{{{u}_{1}}^{2}}{{{U}_{0}}^{2}}+\dfrac{{{i}_{1}}^{2}}{{{I}_{0}}^{2}}=1 \\
\end{aligned} \right.\Rightarrow \left\{ \begin{aligned}
& \dfrac{{{5}^{2}}}{{{U}_{0}}^{2}}+\dfrac{{{0,16}^{2}}}{{{I}_{0}}^{2}}=1 \\
& \dfrac{{{4}^{2}}}{{{U}_{0}}^{2}}+\dfrac{{{0,2}^{2}}}{{{I}_{0}}^{2}}=1 \\
\end{aligned} \right.\Rightarrow \left\{ \begin{aligned}
& {{U}_{0}}=\sqrt{41}\left( V \right) \\
& {{I}_{0}}=\dfrac{\sqrt{41}}{25}\left( A \right) \\
\end{aligned} \right.$
Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng, ta có:
$\dfrac{1}{2}C{{U}_{0}}^{2}=\dfrac{1}{2}L{{I}_{0}}^{2}\Rightarrow C=\dfrac{L{{I}_{0}}^{2}}{{{U}_{0}}^{2}}=\dfrac{{{50.10}^{-3}}{{\left( \dfrac{\sqrt{41}}{25} \right)}^{2}}}{{{\left( \sqrt{41} \right)}^{2}}}={{8.10}^{-5}}\left( F \right)=80\left( \mu F \right)$
Công thức độc lập với thời gian: $\dfrac{{{u}^{2}}}{{{U}_{0}}^{2}}+\dfrac{{{i}^{2}}}{{{I}_{0}}^{2}~}=~1~$
Định luật bảo toàn năng lượng điện từ: $\dfrac{1}{2}C{{U}_{0}}^{2}=~\dfrac{1}{2}L{{I}_{0}}^{2}$
Cách giải:
Ta có công thức độc lập với thời gian:
$\left\{ \begin{aligned}
& \dfrac{{{u}_{1}}^{2}}{{{U}_{0}}^{2}}+\dfrac{{{i}_{1}}^{2}}{{{I}_{0}}^{2}}=1 \\
& \dfrac{{{u}_{1}}^{2}}{{{U}_{0}}^{2}}+\dfrac{{{i}_{1}}^{2}}{{{I}_{0}}^{2}}=1 \\
\end{aligned} \right.\Rightarrow \left\{ \begin{aligned}
& \dfrac{{{5}^{2}}}{{{U}_{0}}^{2}}+\dfrac{{{0,16}^{2}}}{{{I}_{0}}^{2}}=1 \\
& \dfrac{{{4}^{2}}}{{{U}_{0}}^{2}}+\dfrac{{{0,2}^{2}}}{{{I}_{0}}^{2}}=1 \\
\end{aligned} \right.\Rightarrow \left\{ \begin{aligned}
& {{U}_{0}}=\sqrt{41}\left( V \right) \\
& {{I}_{0}}=\dfrac{\sqrt{41}}{25}\left( A \right) \\
\end{aligned} \right.$
Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng, ta có:
$\dfrac{1}{2}C{{U}_{0}}^{2}=\dfrac{1}{2}L{{I}_{0}}^{2}\Rightarrow C=\dfrac{L{{I}_{0}}^{2}}{{{U}_{0}}^{2}}=\dfrac{{{50.10}^{-3}}{{\left( \dfrac{\sqrt{41}}{25} \right)}^{2}}}{{{\left( \sqrt{41} \right)}^{2}}}={{8.10}^{-5}}\left( F \right)=80\left( \mu F \right)$
Đáp án D.